低溫型鋼筋套筒灌漿料的配制及性能研究

【摘 " "要】：針對套筒灌漿料在低溫環(huán)境下早期強度偏低或無強度、膨脹率無法滿足標準要求等問題，通過多種外加劑的調(diào)配及各組分的優(yōu)化配置，研制出一種早強、高強、微膨脹的低溫型套筒灌漿料，并對其低溫下的性能進行研究。結(jié)果表明：負溫養(yǎng)護會延緩灌漿料強度增長；復(fù)配快硬水泥、緩凝劑、Ⅱ型膨脹劑、早強劑及防凍劑的低溫型套筒灌漿料在負溫養(yǎng)護條件下的抗壓強度滿足JG/T 408—2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》要求；拌和溫度升高，增加了負溫養(yǎng)護條件下的1 d抗壓強度，但對3 d和28 d強度沒有產(chǎn)生影響。

【關(guān)鍵詞】：低溫型；鋼筋套筒灌漿料；外加劑；抗壓強度

【中圖分類號】：TU528 【文獻標志碼】：A 【文章編號】：1008-3197（2024）04-67-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.04.016

Preparation and Performance Study of Low Temperature Steel Reinforcement Sleeve Grouting Material

LIN Rui1，GAO Hui2，SHEN Pingbang1

（1.Tianjin Construction Engineering Quality Testing Center Co. Ltd.，Tianjin 300193，China； 2.Tianjin Research Institute of Building

Science Co.Ltd.，Tianjin 300193，China）

【Abstract】：In response to the problems of low or no early strength and insufficient expansion rate of sleeve grouting material in low-temperature environments， the paper develops a low-temperature type sleeve grouting material with early strength， high strength， and slight expansion through the formulation of various additives and the optimization of each component， and studies its performance at low temperatures. the results show that negative temperature curing can delay the strength growth of grouting materials; the low-temperature sleeve grouting material with composite fast hardening cement， retarder， type II expansion agent， early strength agent， and antifreeze agent meets the compressive strength requirements of JG/T 408—2019 \"Sleeve Grouting Material for Reinforcement Connection\" under negative temperature curing conditions in this test; as the temperature of the mixing water increases， the 1 day compressive strength under negative temperature curing conditions increases， but it has no effect on the strength at 3 and 28 days.

【Key words】：low-temperature; steel bar sleeve grouting material；admixtures；compressive strength

近年來，我國裝配式建筑相關(guān)技術(shù)進步較大，但是仍存在一些制約其發(fā)展的技術(shù)環(huán)節(jié)，其中裝配整體式結(jié)構(gòu)鋼筋之間的連接便是關(guān)鍵因素之一[1～2]。目前，鋼筋連接方法主要有鋼筋漿錨搭接和鋼筋套筒灌漿連接，套筒灌漿連接方式由于抗震性好，施工簡單，不受鋼筋直徑大小、荷載類別及房屋高度的限制，市場占有率到達80%以上[3～5]。裝配式建筑構(gòu)件鋼筋套筒灌漿連接為隱蔽工程，灌漿料質(zhì)量直接影響到結(jié)構(gòu)安全，灌漿工期直接影響結(jié)構(gòu)施工工期，進而影響工程總造價[6～7]。由于缺乏低溫季節(jié)施工的灌漿料產(chǎn)品，我國北方地區(qū)裝配式建筑冬季無法施工，嚴重削弱了裝配式建筑相對傳統(tǒng)施工方式快速施工的優(yōu)勢。

針對低溫環(huán)境下套筒灌漿料早期強度偏低或無強度、膨脹率無法滿足標準要求等問題[8～10]，通過多種外加劑的調(diào)配及各組分的優(yōu)化配置，研制出一種早強、高強、微膨脹的低溫型套筒灌漿料，并對其低溫下的性能進行研究。

1 材料和方法

1.1 原材料

水泥：天津振興水泥P.O42.5及唐山北極熊快硬復(fù)合水泥42.5 R。

砂： 20～40目和40～70目兩個級配的石英砂。

減水劑：減水率為34%的聚羧酸粉體高效減水劑。

膨脹劑：Ⅱ型膨脹劑。

緩凝劑：葡萄糖酸鈉。

拌和水：天津市自來水。

1.2 試驗方法

根據(jù)JG/T 408—2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》進行套筒灌漿料相關(guān)性能試驗。采用帶控溫裝置的冰箱來模擬低溫環(huán)境，設(shè)置溫度（-5±2）℃，成型后靜停2 h再放入冰箱中，負溫養(yǎng)護24 h后從冰箱中取出，測其1 d抗壓強度，負溫養(yǎng)護3 d后從冰箱中取出測其3 d抗壓強度，負溫養(yǎng)護7 d后從冰箱中取出再轉(zhuǎn)入標準養(yǎng)護21 d后測其28 d抗壓強度。

2 結(jié)果及分析

2.1 快硬水泥摻量對早期強度的影響

負溫養(yǎng)護1 d的抗壓強度為0 MPa。為了提高套筒灌漿料的早期強度，在普通硅酸鹽水泥中摻入快硬硫鋁酸鹽水泥，保持其他組分和用量不變，研究快硬水泥摻量對低溫型套筒灌漿料早期強度的影響。

低溫型套筒灌漿料1、3 d抗壓強度隨快硬水泥摻量的增加而增大，這是因為快硬硫鋁酸鹽水泥在水化早期生成大量鈣礬石，使其早期具備較高的強度。當快硬水泥摻量為50%時，其1 d抗壓強度為36.1 MPa，已滿足JG/T 408—2019對1 d抗壓強度的要求。見圖1。

為了保證套筒灌漿料后期強度不倒縮，同時控制成本，最終選擇快硬水泥的摻量為50%。

2.2 緩凝劑對流動度的影響

隨著快硬水泥摻量的增加，套筒灌漿料流動度損失嚴重，通過添加緩凝劑來保證低溫型套筒灌漿料具有并保持較高的流動度。

隨著緩凝劑葡萄糖酸鈉摻量的增加，低溫型套筒灌漿料初始流動度及30 min流動度逐漸增大，當緩凝劑摻量為0.15%時，低溫型套筒灌漿料初始流動度和30 min流動度分別為345、305 mm，已滿足JG/T 408—2019相關(guān)要求；當緩凝劑摻量為0.2%時，套筒灌漿料出現(xiàn)輕微泌水現(xiàn)象。確定緩凝劑的摻量為0.15%。見圖2。

2.3 膨脹劑對豎向膨脹率的影響

水泥水化過程中會存在收縮現(xiàn)象，收縮過大灌漿料與套筒脫節(jié)，會影響裝配式建筑的整體安全性。通過摻加Ⅱ型膨脹劑來補償水泥硬化后的收縮，進而保證鋼筋與套筒連接的牢固性。膨脹劑摻量為4%時，24、3 h豎向膨脹率差值為負，不滿足JG/T 408—2019要求；膨脹劑摻量為5%時，豎向膨脹率滿足JG/T 408—2019要求；膨脹劑摻量為8%時，雖然豎向膨脹率滿足JG/T 408—2019要求，但過多的膨脹劑存在漲裂的安全隱患。最終選擇5%為膨脹劑最佳摻量。見表1。

2.4 早強劑及防凍劑對強度的影響

雖然通過提高快硬水泥摻量，低溫型套筒灌漿料1 d抗壓強度已滿足JG/T 408—2019要求，但其3 d強度并沒有滿足JG/T 408—2019要求，因此，通過摻加早強劑及防凍劑來進一步改善套筒灌漿料的強度。見表2。

分別摻加早強劑及防凍劑后，低溫型套筒灌漿料3、28 d強度沒有滿足JG/T 408—2019求，當采用雙摻早強劑0.2%和防凍劑0.3%時，低溫型套筒灌漿料1、3、28 d抗壓強度分別為40.8、60.2 、85.3 MPa，滿足JG/T 408—2019要求。見圖3。

2.5 養(yǎng)護條件對強度的影響

采用標準養(yǎng)護、負溫養(yǎng)護、負溫2 h轉(zhuǎn)標養(yǎng)及負溫3 d轉(zhuǎn)標養(yǎng)4種養(yǎng)護方式對低溫型套筒灌漿料進行試驗研究。標準養(yǎng)護條件下，套筒灌漿料的強度正常發(fā)展，1、3 28 d均強度滿足JG/T 408—2019要求；負溫養(yǎng)護條件下，套筒灌漿料1、3 d強度滿足JG/T 408—2019要求，繼續(xù)受凍下，強度仍然持續(xù)增長，未發(fā)生倒縮現(xiàn)象，但增長變緩，不能滿足28 d抗壓強度達到85 MPa的要求；負溫2 h及負溫3 d轉(zhuǎn)標養(yǎng)后，強度正常持續(xù)增長，1、3、28 d強度滿足JG/T 408—2019要求。這說明灌漿料膠凝材料未水化完全前受凍一定時間再解凍，水化過程仍可繼續(xù)進行，不影響強度的正常發(fā)展。見圖4。

2.6 拌和水溫度對強度的影響

分別采用0、20、30、40、60 ℃拌和水攪拌套筒灌漿料，研究拌和水溫度對低溫型套筒灌漿料強度的影響。當負溫養(yǎng)護溫度為（-5±2）℃時，調(diào)整拌和水溫度能夠?qū)μ淄补酀{料水化進程產(chǎn)生一定程度的影響，水溫越高，早期水化越快，1 d抗壓強度越高；但拌和水溫度對后期水化沒有產(chǎn)生影響，即對3、28 d強度沒有影響。見圖5。

3 結(jié)論

1）隨著快硬硫鋁酸鹽水泥摻量的增加，低溫型套筒灌漿料1、3 d抗壓強度逐漸增大。為了保證套筒灌漿料后期強度不倒縮及降低成本，最終選擇快硬水泥的摻量為50%。

2）隨著緩凝劑摻量的增加，低溫型套筒灌漿料初始流動度及30 min流動度逐漸增大，當緩凝劑摻量為0.15%時，套筒灌漿料初始流動度和30 min流動度滿足JG/T 408—2019要求。

3）采用雙摻早強劑0.2%和防凍劑0.3%時，低溫型套筒灌漿料1、3、28 d抗壓強度均滿足JG/T 408—2019要求。

4）膨脹劑摻量為5%時，低溫型套筒灌漿料的豎向膨脹率滿足JG/T 408—2019要求，且泡水28 d不漲裂。

5）養(yǎng)護條件顯著影響低溫型套筒灌漿料的強度，持續(xù)負溫養(yǎng)護會延緩灌漿料的強度增長，負溫養(yǎng)護3 d內(nèi)轉(zhuǎn)標養(yǎng)，強度增長仍可滿足標準要求。

6）當負溫養(yǎng)護溫度為（-5±2）℃時，低溫型套筒灌漿料拌和水溫度越高，早期水化越快，1 d抗壓強度越高，但拌和水溫度對后期水化沒有產(chǎn)生影響，即對3、28 d強度沒有影響。

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